package Code;

import java.io.*;
import java.util.*;

/**
 * @Author zqc
 * @Date 2020/11/20-20:51
 * @Description
 */
public class TestHuffermanCode {

    public static void main(String[] args) {

        String str = "what you want,you will be.";
        byte[] bytes = str.getBytes();     //不是对字符串进行编码，而是编码字符串的byte数组
        //进行赫夫曼编码
        byte[] b = huffermanZip(bytes);

        System.out.println(bytes.length);   //压缩前的长度
        System.out.println(b.length);       //压缩后的长度

        //使用赫夫曼编码进行解码
        byte[] newByyes = decode(huffCodes,b);

        //验证
        System.out.println(Arrays.toString(bytes));
        System.out.println(Arrays.toString(newByyes));
        System.out.println(new String(newByyes));

        System.out.println("====================================");

        //使用赫夫曼编码压缩文件
        String src = "2020.png";
        String dst = "2020.zip";
        try {
            zipFile(src,dst);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //使用赫夫曼编码解压文件
//        try {
//            unZip(src,dst);
//        } catch (Exception e) {
//            e.printStackTrace();
//        }

    }

    /**
     * 使用赫夫曼编码解压文件
     * @param src
     * @param dst
     */
    public static void unZip(String src,String dst) throws Exception{
        //创建一个输入流
        InputStream is = new FileInputStream(src);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
        //读取byte数组
        byte[] b = (byte[]) ois.readObject();
        //读取赫夫曼编码表
        Map<Byte,String> codes = (Map<Byte,String>) ois.readObject();
        ois.close();
        is.close();
        //解码
        byte[] bytes = decode(codes,b);
        //创建一个输出流
        OutputStream os = new FileOutputStream(dst);
        //写出数据
        os.write(bytes);
        os.close();
    }

    /**
     * 使用赫夫曼编码压缩文件
     * @param src
     * @param dst
     */
    public static void zipFile(String src,String dst) throws IOException {
        //创建一个输入流
        InputStream is = new FileInputStream(src);
        //创建一个和输入流指向的文件大小一样的byte数组
        byte[] b = new byte[is.available()];
        //读取文件内容
        is.read(b);
        is.close();
        //使用赫夫曼编码进行编码
        byte[] byteZip = huffermanZip(b);

        //查看编码前后的大小
        System.out.println(b.length);
        System.out.println(byteZip.length);

        //输出流
        OutputStream os = new FileOutputStream(dst);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
        //把压缩后的byte数据写入文件
        oos.writeObject(huffCodes);
        oos.close();
        os.close();
    }

    /**
     * 使用指定的赫夫曼编码表进行解码
     * @param huffCodes
     * @param b
     * @return
     */
    private static byte[] decode(Map<Byte, String> huffCodes, byte[] bytes) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        //把byte数组转为一个二进制的字符串
        for(int i=0;i<bytes.length;i++){
            byte b = bytes[i];
            //是否是最后一个
            boolean flag = (i == bytes.length-1);
            sb.append(byteToBitStr(!flag,b));
        }
        System.out.println(sb.toString());

        //把字符串按照指定的赫夫曼编码进行解码
        //把赫夫曼编码的键值对进行调换
        Map<String,Byte> map = new HashMap<>();
        for(Map.Entry<Byte,String> entry:huffCodes.entrySet()){
            map.put(entry.getValue(),entry.getKey());
        }
        //创建一个集合，用于存byte
        List<Byte> list = new ArrayList<>();
        //处理字符串
        for(int i=0;i<sb.length();){
            int count = 1;
            boolean flag = true;
            Byte b = null;
            //截取出一个key
            while(flag){
                String key = sb.substring(i,i+count);
                b = map.get(key);
                if(b == null){
                    count++;
                }else {
                    flag = false;
                }
            }
            list.add(b);
            i += count;
        }
        System.out.println("list："+list);

        //将集合转为数组
        byte[] b = new byte[list.size()];
        for(int i=0;i<b.length;i++){
            b[i] = list.get(i);
        }
        return b;
    }

    /**
     * byte类型补位取八位转bit
     * @param flag 判断是否补充8位，整数最后不用补
     * @param b
     * @return
     */
    private static String  byteToBitStr(boolean flag,byte b){
        int temp = b;
        if(flag){
            temp |= 256;    //补八位数，与256（1 0000 0000）进行或运算
        }
        String str = Integer.toBinaryString(temp);  //toBinaryString默认传入int类型，故默认将byte转为int
        if(flag){
            return str.substring(str.length()-8);
        }else {
            return str;
        }
    }


    /**
     * 进行赫夫曼编码压缩的方法
     * @param bytes
     * @return
     */
    private static byte[] huffermanZip(byte[] bytes) {
        //统计每个byte出现的次数，并放入一个集合中
        List<Node> nodes = getNodes(bytes);
        //创建一颗赫夫曼树
        Node tree = createHuffermanTree(nodes);

//        System.out.println(tree);
//        System.out.println(tree.left);
//        System.out.println(tree.right);

        //创建一个赫夫曼编码表
        Map<Byte,String> huffCodes = getCodes(tree);
        System.out.println(huffCodes);

        //编码
        byte[] b = zip(bytes,huffCodes);

        return b;
    }

    /**
     * 进行赫夫曼编码
     * @param bytes
     * @param huffCodes
     * @return
     */
    private static byte[] zip(byte[] bytes, Map<Byte, String> huffCodes) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        //把需要压缩的byte数组处理成一个二进制的字符串
        for(byte b:bytes){
            sb.append(huffCodes.get(b));
        }

        System.out.println(sb.toString());

        //定义长度
        int len;
        if(sb.length()%8 == 0){
            len = sb.length()/8;
        }else {
            len = sb.length()/8+1;
        }
        //用于存储压缩后的byte
        byte[] by = new byte[len];
        //记录新byte的位置
        int index = 0;
        for(int i=0;i<sb.length();i+=8){
            String strByte;
            if(i+8 > sb.length()){
                //最后不足8位
                strByte = sb.substring(i);
            }else {
                strByte = sb.substring(i,i+8);
            }
            byte byt = (byte)Integer.parseInt(strByte,2);
            by[index] = byt;
            index++;

//            System.out.println(strByte+":"+byt);

        }
        return by;
    }

    static StringBuilder sb = new StringBuilder();          //存储临时路径
    static Map<Byte,String> huffCodes = new HashMap<>();    //存储赫夫曼编码
    /**
     * 根据赫夫曼树创建赫夫曼编码表
     * @param tree
     * @return
     */
    private static Map<Byte, String> getCodes(Node tree) {
         if(tree == null){
             return null;
         }
         getCodes(tree.left,"0",sb);
         getCodes(tree.right,"1",sb);

        return huffCodes;
    }

    private static void getCodes(Node node, String code, StringBuilder sb) {
        StringBuilder sb2 = new StringBuilder(sb);
        sb2.append(code);
        if(node.data == null){
            getCodes(node.left,"0",sb2);
            getCodes(node.right,"1",sb2);
        }else{
            huffCodes.put(node.data,sb2.toString());
        }
    }

    /**
     * 把byte数组转为node集合
     * @param bytes
     * @return
     */
    private static List<Node> getNodes(byte[] bytes) {
        List<Node> nodes = new ArrayList<>();
        //存储每一个byte出现的次数
        Map<Byte,Integer> counts = new HashMap<>();
        //统计每一个byte出现的次数
        for(byte b:bytes){
            Integer count = counts.get(b);
            if(count==null){
                counts.put(b,1);
            }else{
                counts.put(b,count+1);
            }
        }
        System.out.println("counts:"+counts);
        //把每一个键值对转为一个node对象
        for(Map.Entry<Byte,Integer> entry:counts.entrySet()){
            nodes.add(new Node(entry.getKey(),entry.getValue()));
        }
        return nodes;
    }

    /**
     * 创建赫夫曼树
     * @param nodes
     * @return
     */
    private static Node createHuffermanTree(List<Node> nodes) {
        while(nodes.size() > 1){
            //排序
            Collections.sort(nodes);
            //取权值最小的两个二叉树
            Node left = nodes.get(nodes.size()-1);
            Node right = nodes.get(nodes.size()-2);
            //创建一颗新的二叉树
            Node parent = new Node(null,left.weight+right.weight);
            //将取出的两个二叉树设置为新的二叉树的子树
            parent.left = left;
            parent.right = right;
            //移除取出的两个二叉树
            nodes.remove(left);
            nodes.remove(right);
            //放入原来的二叉树集合中
            nodes.add(parent);
        }
        return nodes.get(0);
    }


}
